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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie 1/50 Qualifikationsphase 1 Inhaltsfeld 5: Ökologie Unterrichtsvorhaben I: Autökologie I Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten? Unterrichtsvorhaben II Erforschung der Fotosynthese Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie? Unterrichtsvorhaben III: Autökologie II und Demökologie Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen? Inhaltliche Schwerpunkte: Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Stoffkreislauf und Energiefluss Fotosynthese Mensch und Ökosysteme Basiskonzepte: System: Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf Struktur und Funktion: Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte Entwicklung: Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie Zeitbedarf: LK: ca. 75 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen) GK: ca. 45 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

1/50

Qualifikationsphase 1

Inhaltsfeld 5: Ökologie

Unterrichtsvorhaben I: Autökologie I – Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Unterrichtsvorhaben II Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Unterrichtsvorhaben III: Autökologie II und Demökologie – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Dynamik von Populationen

Stoffkreislauf und Energiefluss

Fotosynthese

Mensch und Ökosysteme

Basiskonzepte:

System: Ökosystem, Biozönose, Population, Organismus, Symbiose, Parasitismus, Konkurrenz, Kompartiment, Fotosynthese, Stoffkreislauf

Struktur und Funktion: Chloroplast, ökologische Nische, ökologische Potenz, Populationsdichte

Entwicklung: Sukzession, Populationswachstum, Lebenszyklusstrategie

Zeitbedarf:

LK: ca. 75 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

GK: ca. 45 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

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Unterrichtsvorhaben I: Autökologie - Welchen Einfluss haben abiotische Faktoren auf das Vorkommen von Arten?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Umweltfaktoren und ökologische Potenz Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzenserwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können...

UF2: zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

E7: naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

K4: sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen.

nur LK:

E2: Beobachtungen und Messungen, auch mithilfe komplexer Apparaturen, sachgerecht erläutern.

E3: mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten.

E4: Experimente mit komplexen Versuchsplänen und –aufbauten mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien (Sicherheit, Messvorschriften, Variablenkontrolle, Fehleranalyse) durchführen.

E5: Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern. Zeitbedarf:

LK: ca. 75 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen) plus Exkursion

GK: ca. 45 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

Kontexte und mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Obligatorische Inhalte

[fakultative Inhalte]

zusätzlich Inhalte im LK

Seiten im Schülerband

Seiten in den Handreichungen

Konkretisierte Kompetenzen

LK-Kompetenzen sind kursiv dargestellt)

Die Schülerinnen und Schüler...

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Was ist Ökologie? Wie wird ein Ökosystem erkundet? – Bsp. das Ökosystems Schulteich

Definition zu Ökologie und Ökosysteme

Untersuchung des Schulteichs

biotische / abiotische Faktoren im Schulteich

untersuchen das Vorkommen, die Abundanz und die Dispersion von Lebewesen eines Ökosystems im Freiland (E1, E2, E4).

z. B. Film: „Ökosystem See II“, GIDA und Film „Ökosystem“, Medien LB zum Aufbau des Ökosystems See

Exkursion:

Plankton- und faunistische Untersuchung am Schulteich

Erfassung der Tier- und Pflanzenwelt sowie ausgewählter chemisch-physikalischer Parameter (z. B. Sauerstoffgehalt, pH-Wert)

Wie wirken sich abiotische Umweltfaktoren auf die Lebenserscheinung von Einzelorganismen aus?

Definition Autökologie

Aufbau und Beschreibung von

planen ausgehend von Hypothesen Experimente zur Überprüfung der ökologischen Potenz nach dem Prinzip der Variablenkontrolle, nehmen kriterienorientiert Beobachtungen

z. B. Keimungsversuch: Weizensprossen und Temperatur (Cornelson, 2. Aufl. 3. Druck, S. 313) z. B. Untersuchung z. B. der Temperaturpräferenzen von

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Optimumskurven

Toleranzbereiche, ökologische Potenz, physiologische Potenz

stenoöke Arten; euryöke Arten

und Messungen vor und deuten die Ergebnisse (E2, E3, E4, E5, K4).

Gliedertieren (z. B. Mehlwürmern) mit Hilfe einer Temperaturorgel

Beispiel Umweltfaktor Temperatur

Temperaturregulation bei homoiothermen und hoikilothermen Tieren.

Überdauerung und jahreszeitliche Entwicklung bei Pflanzen

erläutern die Aussagekraft von biologischen Regeln (u. a. tiergeographische Regeln) und grenzen diese von naturwissenschaftlichen Gesetzen ab (E7, K4).

Modellversuche zur bergmannschen/allenschen Regel (Rundkolben-Versuch: Abkühlgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Volumen-Oberflächen-Verhältnis) und zur RGT-Regel; Gegenüberstellung: RGT-Regel und tiergeografische Regeln

Beispiel Umweltfaktor Wasser

Land- und Wüstentiere

Süßwasser- und Salzwassertiere

Wasserhaushalt der Pflanzen

Anpassung der Pflanzen an die Verfügbarkeit von Wasser

z. B. Transpirationsversuch an Laubgehölzweigen (vgl. Bioskop 5/6, S. 47)

Welcher Umweltfaktor hat die größte Bedeutung?

Wirkungsgefüge und Darstellungsproblem

Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren, limitierender Faktor oder Minimumfaktor.

Modelle der Minimumtonne

[Flächendia- bzw. Ökogramme]

zeigen den Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Bioindikatoren und der Intensität abiotischer Faktoren in einem beliebigen Ökosystem (UF3, UF4, E4).

z. B. materialgebundene Aufgaben zu Umweltindikatoren (z. B. Biospäre – Ökologie, S. 21, „Apfelblüte als Umweltindikator“)

z. B. Zeigeransprüche einheimischer Laubwaldgesellschaften oder Zeigerarten in Fließgewässern Versucht werden sollte, aus zwei Toleranzdiagrammen die Zusammenwirkung dieser Umweltfaktoren herzuleiten, indem die SuS versuchen aus den Daten beider Diagramme ein Flächendiagramm zu erstellen (vgl. Kiefernspinner; Linder, 21. Aufl., Druck A7, S. 43.1) Dieser Teilaspekt kann ggf. als Anwendungsbeispiel zur Ökologischen Nische behandelt werden.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstests

Anfertigung eines Protokolls zur Exkursion Leistungsbewertung:

angekündigte, schriftliche Hausaufgabenüberprüfungen

Anfertigung eines Protokolls zur Exkursion

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ggf. Klausur

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Unterrichtsvorhaben II: Erforschung der Fotosynthese – Wie entsteht aus Lichtenergie eine für alle Lebewesen nutzbare Form der Energie?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Fotosynthese Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzenserwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können...

UF1: biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

UF3: biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen

nur LK:

UF4: Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

E1: selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren, analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren.

Zeitbedarf:

LK: ca. 16 Std. à 45 Minuten (ca. 3 Wochen)

GK: ca. 6 Std. à 45 Minuten (ca. 2 Wochen)

Kontexte und mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Obligatorische Inhalte

[fakultative Inhalte]

zusätzlich Inhalte im LK

Seiten im Schülerband

Seiten in den Handreichungen

Konkretisierte Kompetenzen LK-Kompetenzen sind kursiv dargestellt)

Die Schülerinnen und Schüler...

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Fotosynthese

Grundgleichung der Fotosynthese

Fotosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren

Unterscheidung von Foto- und Synthese-reaktion

analysieren Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von unterschiedlichen abiotischen Faktoren (E5).

Analyse von Messdaten zur Abhängigkeit der Fotosyntheseaktivität von der Temperatur, dem CO2-Gehalt, der Lichtintensität und der Wellenlänge

leiten aus Forschungsexperimenten zur Aufklärung der Fotosynthese zu Grunde liegende Fragestellungen und Hypothesen ab (E1, E3, UF2, UF4).

Analyse z. B. der Experimente von Engelmann, Hill, Kamen und Emerson

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erläutern den Zusammenhang zwischen Fotoreaktion und Synthesereaktion und ordnen die Reaktionen den unterschiedlichen Kompartimenten des Chloroplasten zu (UF1, UF3).

Wdh.: Aufbau des Chloroplasten, Erarbeitung des Ablaufs der Foto- (Primär-/ lichtabhängigen) und der Synthese- (Sekundär-/ licht-unabhängigen) Reaktion und des Zusammenwirkens von Foto- und Synthesereaktion

erläutern mithilfe einfacher Schemata das Grundprinzip der Energieumwandlung in den Fotosystemen und den Mechanismus der ATP-Synthese (K3, UF1).

Erarbeitung des Prinzips der Energieumwandlung in den Fotosystemen und des Mechanismus der ATP-Synthese

Diagnose von Schülerkompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstests

Anfertigung eines Protokolls den Fotosyntheseversuchen Leistungsbewertung:

angekündigte, schriftliche Hausaufgabenüberprüfungen

Anfertigung eines Protokolls zu den Fotosyntheseversuchen

ggf. PPT-Präsentationen oder Posterpräsentationen zu den Fotosyntheseexperimenten

ggf. Klausur

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Unterrichtsvorhaben III: Autökologie II und Demökologie – Welchen Einfluss haben inter- und intraspezifische Beziehungen auf Populationen?

Inhaltliche Schwerpunkte:

biotische Umweltfaktoren und ökologische Potenz

Dynamik von Populationen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzenserwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können...

UF1: biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

UF4: Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

E5: Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

E6: Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.

K2: zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.

K3: biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressaten-gerecht präsentieren. K4: sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen

Zeitbedarf:

LK: ca. 26 Std. à 45 Minuten (ca. 5 Wochen)

GK: ca. 14 Std. à 45 Minuten (ca. 5 Wochen)

Kontexte und mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Obligatorische Inhalte

[fakultative Inhalte]

zusätzlich Inhalte im LK

Seiten im Schülerband

Seiten in den Handreichungen

Konkretisierte Kompetenzen LK-Kompetenzen sind kursiv dargestellt)

Die Schülerinnen und Schüler...

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Arten können zum beiderseitigen Vorteil zusammenleben

Definition Symbiose

Ektosymbiose

Endosymbiose

leiten aus Untersuchungsdaten zu intra- und interspezifischen Beziehungen (u.a. Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz) mögliche Folgen für die jeweiligen Arten ab und präsentieren diese unter Verwendung angemessener Medien (E5, K3, UF1).

z. B. materialgebundene Aufgaben Beziehung zwischen zwei Wattschneckenarten (z. B. Handbuch für den Unterricht Biologie Oberstufe; Cornelson)

Der Teilbereich Parasitismus, Symbiose, Konkurrenz kann in Form eines Gruppenpuzzels arbeitteilig, zusammenfassend und ggf. zeitsparend bearbeitet werden Referate zu parasitischen bzw. symbiontischen Beziehungen zwischen Lebewesen ; Versuche zur Entwicklung von Schmetterlingsblütlern; Nachweis von Symbionten aus Rinderpansen

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Das Zusammenleben verschiedener Arten kann zum Nachteil einiger Arten werden.

Parasitismus und Parasitoid

Prädation – Räuber und ihre Beute

Arbeitsteilige Recherchen zu verschiedenen Beispielen von Wirt-Parasit-Beziehungen Thematisierung der Ko-Evolution von Wirt und Parasit, Parasitenabwehr Arbeitsteilige Recherchen zu verschiedenen Beispielen Räuber-Beute-Beziehungen in Bezug auf Beutespektrum, Beuteerwerb und Feindabwehr sowie der Ko-Evolution

Wie beeinflussen sich verschiedene Arten, die um dieselbe Ressource konkurrieren?

Interspezifische Konkurrenz

Konkurrenzausschlussprinzip, Kontrastbetonung, Ökologische Sonderung und Ökologische Nische

An diesem Punkt sollte der Vorgang der Anpassung als evolutiver Prozess (Kontrastbetonung Ökologische Sonderung) im Sinne Darwins vom Vorgang der Modifikation oder Akklimatisierung bzw. von einer Anpassung im Sinne Lamarcks deutlich getrennt werden!

Welchen Einfluss üben Individuen ein und derselben Art aufeinander aus?

Intraspezifische Beziehungen zwischen den Geschlechtern

Konkurrenzvermeidung

Wovon hängt der Aufenthaltsort verschiedener Arten ab?

Konkurrenzvermeidung und Ökologische Nische

dreidimensionales Modell der Ökologischen Nische (vgl. Bioskop Sek II, Druck A1, S. 166)

Lebensformtypen und Stellenäquivalenz

erklären mithilfe des Modells der ökologischen Nische die Koexistenz von Arten (E6, UF1, UF2),

z. B. materialgebundene Aufgaben zur Ökologischen Nische (z. B. von Strudelwürmern, Natura-Oberstufe, 1. Auflage, S. 330 oder von zwei Laufkäfern, Bioskop Sek II, Druck A1, S. 167)

Versucht werden sollte, aus zwei Toleranzdiagrammen die Zusammenwirkung dieser beiden Umweltfaktoren herzuleiten, indem die SuS versuchen aus den Daten beider Diagramme ein Flächendiagramm zu erstellen (vgl. Kiefernspinner; Linder, 21. Aufl., Druck A7, S. 43.1)

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9/50

Kontexte und mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Obligatorische Inhalte

[fakultative Inhalte]

zusätzlich Inhalte im LK

Seiten im Schülerband

Seiten in den Handreichungen

Konkretisierte Kompetenzen LK-Kompetenzen sind kursiv dargestellt) Die Schülerinnen und Schüler...

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie entwickelt sich die Individuenzahl einer Population mit der Zeit?

Populationsökologie oder Demökologie

Definition Population, Kenndaten

Wachstum einer Population, exponentielles und logistisches Wachstum

Fortpflanzungsstrategien, r- und K-Strategen

leiten aus Daten zu abiotischen und biotischen Faktoren Zusammenhänge im Hinblick auf zyklische und sukzessive Veränderungen (Abundanz und Dispersion von Arten) sowie K- und r-Lebenszyklusstrategien ab (E5, UF1, UF2, UF3, K4, UF4).

z. B. materialgebundene Aufgaben zur Ökologischen Nische (z. B. von Strudelwürmern, Natura-Oberstufe, 1. Auflage, S. 330 oder von zwei Laufkäfern, Bioskop Sek II, Druck A1, S. 167)

Vergleich von Sukzessionsstadien, die Ökosysteme regelmäßig durchlaufen Die Methode „Diagramme zeichnen und auswerten“ (vgl. Klett-online-Methodenmaterial) sollte hier als Grundgerüst zur Besprechung der verschiednen Diagramme eingeübt werden!

Welche Faktoren regulieren das Wachstum einer Population?

Umweltwiderstand bzw. dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren

reproduktive Selbstregulation

einfache kybernetische Schemata (vgl. Bioskop Sek II, S. 164, Abb. 3)

beschreiben die Dynamik von Populationen in Abhängigkeit von dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren (UF1).

Erarbeitung des Einflusses von dichteabhängigen und dichte-unabhängigen Faktoren auf die Entwicklung von Populationen; [Vergleich mit computergestützter Simulation des Populations-wachstums]

Welchen regulierenden Effekt üben Räuber- und Beutepopulationen aufeinander aus?

Lotka-Volterra-Regeln

Regelkreise

Beutewechsel

untersuchen Veränderungen von Populationen mit Hilfe von Simulationen auf der Grundlage des Lotka-Volterra-Modells (E6).

z. B. Räuber-Beute-Simulationsspiel Marienkäfer und Blattlaus z. B. materialgebundene Aufgaben zum Luchs-Schneeschuhasenbeispiel

Untersuchung von Räuber-Beute-Beziehungen in der Simulation: Analyse von Populationsschwankungen unter Anwendung der Lotka-Volterra-Regeln

Grenzen der Lotka-Volterra-Regeln vergleichen das Lotka-Volterra-Modell mit veröffentlichten Daten aus Freilandmessungen und diskutieren die Grenzen des Modells (E6).

Vergleich des Lotka-Volterra-Modells mit den Populationsschwankungen bei Schneeschuhhase und Luchs im Freiland

Welchen Einfluss nimmt der Mensch auf die Entwicklung von Populationen?

Schädlingsbekämfung: biologisch vs. chemisch

Einführung von Neozoen und Neophyten

recherchieren Beispiele für die biologische Invasion von Arten und leiten Folgen für das Ökosystem ab (K2, K4),

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Diagnose von Schülerkompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstests

Anfertigung eines Protokolls zu den Simulationsspielen Leistungsbewertung:

angekündigte, schriftliche Hausaufgabenüberprüfungen

ggf. Vorträge zu den Simulationsergebnissen

ggf. Klausur

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11/50

Qualifikationsphase 1

Inhaltsfeld 3 Genetik

Unterrichtsvorhaben I: Erforschung der Proteinbiosynthese – Wie entstehen aus Genen Merkmale und welche Einflüsse haben Veränderungen der genetischen und epigenetischen Strukturen auf einen Organismus? (Vom Gen zum Genprodukt)

Unterrichtsvorhaben II: Humangentische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Unterrichtsvorhaben III: Gentechnologie heute – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination

Analyse von Familienstammbäumen

Proteinbiosynthese

Genregulation

Gentechnik

Bioethik

Basiskonzepte:

System: Merkmal, Gen, Allel, Genwirkkette, DNA, Chromosom, Genom, Rekombination, Stammzelle

Struktur und Funktion: Proteinbiosynthese, genetischer Code, Genregulation, Transkriptionsfaktor, Mutation, Proto-Onkogen, Tumor-Suppressorgen, DNA-Chip

Entwicklung:

Zeitbedarf:

LK: ca. 75 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

GK: ca. 45 Std. à 45 Minuten (ca. 15 Wochen)

Grundkurs Leistungskurs

erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4),

erläutern die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4),

vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3),

erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4),

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12/50

erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese, generieren Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne und interpretieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5),

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2),

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2),

benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4),

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4),

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u.a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4),

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3),

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u.a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer

Forschung (E6, E3),

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6),

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6),

erklären mithilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6),

erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6),

erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6),

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4),

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Suppressorgenen auf die Regulation des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4),

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffs (E7),

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3),

beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4).

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1),

erläutern molekulargenetische Verfahren (u.a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1),

recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverlässigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, K4),

geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3).

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3),

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromosomalen und autosomalen Vererbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4),

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (X-chromosomal, autosomal, Zweifaktorenanalyse; Kopplung, Crossing-over) und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4),

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recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3),

recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3),

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4),

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Grundkurs Unterrichtsvorhaben I

Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination

Analyse von Familienstammbäumen

Bioethik

Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge,

Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in

verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.

B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse

Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

15/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Einstieg über genetisch bedingte Krankheiten Reaktivierung des SI-Wissens Individualentwicklung von der Zygote bis zum Erwachsenen - Ontogenie

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 04.09.2015 zugegriffen. Poster „menschlicher Entwicklungszyklus“

advance organizer

https://www.bpb.de/lernen/grafstat/148853/advance-organizer Karyogramm

Film (FWU): Chromosomen des Menschen –

Erbkrankheiten und Karyogramm Sequenz: Das Karyogramm des Menschen

SI-Wissen wird reaktiviert. Die Bundeszentrale für politische Bildung bietet didaktische Hinweise zum Einsatz der Methode an. Zur Veranschaulichung von Haploidie und Diploidie sowie zur Geschlechtsbestimmung wird ein Karyogramm analysiert.

Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Mann und Frau?

Meiose

Spermatogenese / Oogenese

Wie entsteht genetische Vielfalt?

Inter- und intrachromosomale Rekombination

erläutern die Grundprinzipien der Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

Modell: Pfeifenreiniger, Knetgummi oder

andere Materialien Stop-Motion-Film zur Meiose

http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=4876&marker=meiose Arbeitsblätter

Film (FWU):

Die Zelle: Reifeteilung – Meiose

Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/bio/Repetito/Meiose1.html

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Theoretisch mögliche Rekombinationen werden ermittelt.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Vererbungsmustern und genetisch bedingten Krankheiten und welche Folgen ergeben sich daraus für die folgenden Generationen?

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zu X-chromo-somalen und autosomalen Ver-erbungsmodi genetisch bedingter Merkmale und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5,

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei

einer Stammbaumanalyse EIBE (European Initiative for Biotechnology

Education): Probleme in der Humangenetik Arbeitsblätter und methodische

Die Auswertung von humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

16/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Erbgänge/Vererbungsmodi o Ein-Faktoren-Analyse

(autosomal/dominant/rezessiv)

o Zwei-Faktoren-Analyse 8Stammbaum mit/ohne Kopplung, Stammbaum mit crossing-over)

Genetisch bedingte Krankheiten, z.B. o Mukoviszidose (Cystische Fibrose):

autosomal rezessiv o Muskeldystrophie Duchenne: x-

chromosomal rezessiv o Chorea Huntington: autosomal

dominant

UF4, K4). Anleitung: http://archiv.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT04DE.PDF Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/bio/Repetito/Banaly1.html Film (FWU): Chromosomen des Menschen –

Erbkrankheiten und Karyogramm

Prognosen zur Wahrscheinlichkeit des Auftretens genetisch bedingter Krankheiten werden aufgestellt und als Entscheidungshilfe für einen möglichen Kinderwunsch genutzt.

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stammzellenforschung?

Gentherapie

Zelltherapie

recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3).

stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und beurteilen Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).

Recherche zu embryonalen und adulten

Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen

Checkliste: Welche Quelle ist neutral und

welche nicht?

Mögliche Checkliste zur Bewertung von

Internetquellen für Schülerinnen und Schüler: http://guentherneumann.de/Handreichungen/Recherche_2.pdf

Checkliste: richtiges Zitieren aus

Internetquellen und Fachliteratur Zitiermerkblatt der Universität Bielefeld

http://www.uni-bielefeld.de/erziehungswissenschaft/app/dokumente/ZitiermerkblattStand10.pdf

An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit.

Objektive und subjektive, ggf. manipulierende Quellen werden kriteriengeleitet mithilfe von Checklisten reflektiert.

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17/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Dilemma-Methode

Google, Stichworte: Dilemma-Methode im

Unterricht Arbeitsblatt zu einer Dilemma-Methode zur

ethischen Urteilsbildung Stufenmodell ethischer Urteilsbildung nach

Tödt http://www.biosicherheit.de/pdf/schule/kopiervorl_ethik.pdf

Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen als Forschungsmaterial verwendet werden, um Krankheiten zu heilen?“ kann die Methode einer Dilemma-Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden. Schrittweise Erarbeitung und Hilfen zur eigenen Urteilsbildung auf ethischer Grundlage

Diagnose von Schülerkonzepten und -kompetenzen

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsvorhabens

Begriffliche Netzwerke

Stop-Motion-Film zur Fehleranalyse

Anfertigen von Pfeifenreiniger- oder Knetgummi-Modellen

Leistungsbewertung:

angekündigte schriftliche Übungen zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse in Form von einfachen Multiple-Choice-Tests und Feedback-Bögen

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit

Stop-Motion-Film nach vorgegebenen Kriterien

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18/50

Unterrichtsvorhaben II

Thema / Kontext: Modellvorstellungen zur Proteinbiosynthese – Wie steuern Gene die Ausprägung von Merkmalen, welche regulatorischen Proteine und Prozesse kontrollieren die Genexpression und welche Konsequenzen haben Veränderungen der genetischen Struktur für einen Organismus?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Proteinbiosynthese

Genregulation Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien

ordnen, strukturieren und ihre Entscheidungen begründen.

UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch

menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mit Hilfe von theoretischen Modellen,

mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.

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19/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie beeinflussen Gene Reaktionsschritte und welche Folgen ergeben sich daraus?

Genwirkkette

Ein-Gen-Ein-Polypeptid-Hypothese Wie steuern Gene die Ausprägung von Merkmalen?

Proteinbiosynthese o Genetischer Code o Transkription o Translation

Vergleich der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4). vergleichen die molekularen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3).

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2).

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 04.09.2015 zugegriffen.

Tafelmodell: begriffliche Ordnung im Sinne

eines Reaktionsschemas Informationen zur Mukoviszidose:

http://muko.info/ Film (FWU): Chromosomen des Menschen,

Sequenz zur Mukoviszidose Arbeitsteilige Gruppenarbeit und

Präsentationen zu weiteren Genwirkketten concept map zur DNA

Schematische Darstellungen der an der

Proteinbiosynthese beteiligten Organellen und Moleküle in einer Zelle unter Berücksichtigung des Vergleichs der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten

http://www.ngfn.de/index.php/von_der_erbinformation_zum_protein.html

Film (FWU): Grundlagen der Genetik

EIBE: Mikroorganismen und Moleküle Materialien und methodische Anleitungen:

http://archiv.ipn.uni-

Am Beispiel der Mukoviszidose können krankhafte Merkmalsausprägungen veranschaulicht werden. . Genwirkketten können an den Beispielen Albinismus, Kretinismus (Hypothyreose), Alkaptonurie und Phenylketonurie dargestellt werden. Der Aufbau und die Funktion der DNA (Einführungsphase, Inhaltsfeld 1: Biologie der Zelle) werden kurz wiederholt.

Anwendung der Code-Sonne und Ermittlung der Eigenschaften des genetischen Codes in Gruppenarbeit

Darstellung des Vergleichs in Tabellenform Die animierten Vorgänge der Proteinbiosynthese können von den Schülerinnen und Schülern bei stumm

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20/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

kiel.de/eibe/UNIT01DE.PDF Checkliste: wissenschaftlicher Schreibstil

https://www.hf.uni-koeln.de/data/eso24/File/Reader%20zum%20wissenschaftlichen%20Arbeiten.pdf

geschaltetem Ton erläutert werden. An dieser Stelle kann das „Wissenschaftliche Schreiben“ für eine Facharbeit geübt werden.

Wie wirken sich Veränderungen im genetischen Code aus?

Mutagene

Onkogene

Auswirkungen und Reparatur von Mutationen

Genwirkkette

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Genmutationen (UF1, UF2).

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onko-genen und Tumor-Suppressor-genen auf die Regulation des Zellzyklus und erklären die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4).

Arbeitsblatt: Beispiel „Mondscheinkinder“

Material: DNA-Sequenzen, Code-Sonne

http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/impfen-gegen-krebs-ist-krebs-ansteckend/1051409

Informationsmaterial zu DNA-

Reparaturmechanismen und zum Selbstschutz der Zelle

DNA-Sequenzen zu bereits bekannten genetisch bedingten Krankheiten werden im Hinblick auf zugrunde liegende Mutationen und deren Auswirkungen auf den Stoffwechsel analysiert.

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich Kenntnisse zu Modellvorstellungen zur Entstehung von Krebs.

Die Initiative „Wissenschaft in die Schulen!“ bietet eine vollständige Unterrichtsreihe zum Thema Krebs für die Mittel- und Oberstufe an. An dieser Stelle kann auch der Begriff „Transkriptionsfaktor“ eingeführt werden.

Kritische Reflexion des eigenen Verhaltens im Hinblick auf vermeidbare Mutagene

Wie wird die Bildung von Proteinen reguliert? - Lac-Operon

- Tryp-Operon

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6).

Checkliste für die Auswertung von

Diagrammen Kurvendiagramme zum Bakterienwachstum

auf Glucose und Lactose und Funktionsmodell zur Genregulation durch

Rückgriff auf die naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung über die Forschungsfrage, Hypothesenbildung und Ergebnisse. Methodenreflexion zu Diagrammformen

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21/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Bakterien als Modellorganismen o kurze Generationszeit o problemloses Initiieren von

Mutationen o Integration von neuen

Genen o direkte phänotypische

Ausprägung der Veränderung

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3).

Substratinduktion Kurvendiagramm zum Bakterienwachstum

auf Tryptophan zur Genregulation durch Endproduktrepression Rollenspiel und bewegliches Tafelmodell

http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/modellorganismen/43448

Die Vorgänge der Genregulation werden mithilfe eines Rollenspiels und eines beweglichen Tafelmodells dargestellt.

Mithilfe des Artikels aus „Spektrum der Wissenschaft“ erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung der Bakterien als Modellorganismen.

Wie wirkt sich die Umwelt auf die Aktivierung von Genen aus?

Epigenetik o DNA-Methylierung o Histon-Acetylierung

erklären einen epigenetischen Mechanismus als Modell zur Regelung des Zellstoffwechsels (E6).

Max-Planck-Institut:

http://www.max-wissen.de/public/downloads/Unterrichtsverlauf_BioMax_23 Material zur DNA-Methylierung und Histon-

Acetylierung als Beispiele für epigenetische Regulationsmechanismen

Beispielorganismen wie Biene

(Königin, Arbeiterin) und Mäuse Artikel zur Epigenetik vom Max-Planck-

Institut: http://www.max-wissen.de/public/downloads/maxheft5540

Das Max-Planck-Institut bietet zum Epigenom zwei Unterrichtsstunden mit Verlaufsplan an.

Diagnose von Schülerkonzepten und –kompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstest

Kriteriengeleitetes Rollenspiel zur Überprüfung der Kenntnisse zur Substratinduktion und Endproduktrepression

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22/50

Leistungsbewertung:

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit (siehe: Leitfaden zur Themenvergabe und Bewertungskriterien für Facharbeiten im Fach Biologie).

Multiple-Choice –Test

verschiedene Präsentationsmöglichkeiten (z. B. Stehgreif-Referat, Kurzvorträge, Powerpoint-Präsentation, Prezi etc.), Rollenspiel

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

23/50

Unterrichtsvorhaben III Thema / Kontext: Angewandte Genetik – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Gentechnik

Bioethik Zeitbedarf: ca. 11 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in

verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.

B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von

biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben.

B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und

Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

24/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie werden DNA-Sequenzen amplifiziert und geordnet?

PCR

Sequenzierung nach Sanger

Gelelektrophorese

Wie kann die DNA typisiert werden?

Genetischer Fingerabdruck

erläutern molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 04.09.2015 zugegriffen

Präsentation zur PCR und Gel-

elektrophorese des deutschen Hygienemuseums aus Dresden (pdf-Format)

Google, Stichworte: Hygienemuseum

Dresden PCR Kurze Flash-Animation zur PCR:

http://www.maxanim.com/genetics/PCR/PCR.htm Arbeitsblatt: Kettenabbruch-Methode nach

Sanger (fakultativer inhaltlicher Aspekt) Lehrervortrag: Von der Kettenabbruch-

Methode zur Hochdurchsatz-Sequenzierung advance organizer

Informationstexte zum genetischen

Fingerabdruck YouTube, Stichworte: genetischer Fingerabdruck – Täter

EIBE: DNA-Profilanalyse

http://archiv.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT02DE.PDF

Einstieg z.B. über einen Kriminalfall Die Animation kann nach Bearbeitung des Themas von den Schülerinnen und Schülern vertont werden. Die PCR und die DNA-Replikation werden tabellarisch miteinander verglichen.

Wie können Gene identifiziert und ihre Aktivität gemessen werden?

DNA – Chips (engl. DNA-Microarray)

geben die Bedeutung von DNA-Chips an und beurteilen Chancen und Risiken (B1, B3).

Dilemma-Methode (nach Tödt)

Landesbildungsserver Baden-Württemberg:

An einem ausgewählten Beispiel (Chancen und Risiken von DNA-Chips, Chancen und Risiken von transgenen Lebewesen) wird die Dilemma-Methode durchgeführt.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

25/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/material/zelle/dna1/

Wie kann das Erbgut gezielt verändert werden?

Gentechnik

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

Lernumgebung GloFish:

http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=3402&marker=glofish concept map

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten am Beispiel des rot oder grün leuchtenden Zebrabärblings gentechnische Grundoperationen.

Die Schülerinnen und Schüler erstellen concept maps aus Begriffslisten (s. GloFish).

Wie werden gentechnisch veränderte Organismen hergestellt und welche Bedeutung haben sie für den Menschen?

Herstellung und Einsatz transgener Lebewesen

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3).

Lernumgebung GloFish

oder andere gentechnisch veränderte Organismen Medien nach Ermessen der Schülerinnen und Schüler Präsentation der Techniken und anschließende Diskussion

Methodische Hinweise der Bun-deszentrale

für politische Bildung: http://www.bpb.de/lernen/formate/methoden/46892/pro-contra-debatte

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Herstellung ausgewählter transgener Organismen dar. Darauf folgt eine kriteriengeleitete Pro- und Contra-Diskussion über deren Verwendung.

Diagnose von Schülerkonzepten und –kompetenzen:

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

concept map

advance organizer

Pro-/Contra-Diskussion

Leistungsbewertung:

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit

verschiedene Präsentationsmöglichkeiten (z. B. Stehgreif-Referat, Kurzvorträge, Powerpoint-Präsentation, Prezi etc.)

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26/50

Leistungskurs

Unterrichtsvorhaben I

Thema/Kontext: Humangenetische Beratung – Wie können genetisch bedingte Krankheiten diagnostiziert und therapiert werden und welche ethischen Konflikte treten dabei auf?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Meiose und Rekombination

Analyse von Familienstammbäumen

Bioethik Zeitbedarf: ca. 25 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches

Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf

Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern.

K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in

verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.

B3 an Beispielen von Konfliktsituationen mit biologischem Hintergrund kontroverse

Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten.

B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und

Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen Fragestellungen bewerten.

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Einstieg über genetisch bedingte Krankheiten Reaktivierung des SI-Wissens

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 03.09.2015 zugegriffen. Poster „menschlicher Entwicklungszyklus“

SI-Wissen wird reaktiviert.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

27/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Individualentwicklung von der Zygote bis zum Erwachsenen - Ontogenie

advance organizer https://www.bpb.de/lernen/grafstat/148853/advance-organizer Karyogramm

Film (FWU): Chromosomen des Menschen-

Erbkrankheiten und Karyogramm Sequenz: Das Karyogramm des Menschen

Die Bundeszentrale für politische Bildung bietet didaktische Hinweise zum Einsatz der Methode an. Zur Veranschaulichung von Haploidie und Diploidie sowie zur Geschlechtsbestimmung wird ein Karyogramm analysiert.

Wie werden die Keimzellen gebildet und welche Unterschiede gibt es bei Mann und Frau?

Meiose

Spermatogenese/ Oogenese

Wie entsteht genetische Vielfalt?

Inter- und intrachromosomale Rekombination

erläutern die Grundprinzipien der inter- und intrachromosomalen Rekombination (Reduktion und Neukombination der Chromosomen) bei Meiose und Befruchtung (UF4).

Modell: Pfeifenreiniger, Knetgummi oder

andere Materialien Stop-Motion-Film zur Meiose:

http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=4876&marker=meiose Arbeitsblätter

Film (FWU):

Die Zelle: Reifeteilung - Meiose

Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/bio/Repetito/Meiose1.html

Zentrale Aspekte der Meiose werden selbstständig wiederholt und geübt.

Theoretisch mögliche Rekombinationen werden ermittelt.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen Vererbungsmustern und genetisch bedingten Krankheiten und welche Folgen ergeben sich daraus für die folgenden Generationen?

Erbgänge/Vererbungsmodi o Ein-Faktoren-Analyse

(autosomal/dominant/rezessiv, X-chromosomal-dominant/ rezessiv)

o Zwei-Faktoren-Analyse

formulieren bei der Stammbaumanalyse Hypothesen zum Vererbungsmodus genetisch bedingter Merkmale (X-chromosomal, autosomal, Zwei-Faktoren-Anayse, Kopplung, Crossing-over und begründen die Hypothesen mit vorhandenen Daten auf der Grundlage der Meiose (E1, E3, E5, UF4, K4).

Checkliste zum methodischen Vorgehen bei

einer Stammbaumanalyse EIBE (European Initiative for Biotechnology

Education: Probleme in der Humangenetik Arbeitsblätter und methodische Anleitung

http://archiv.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT04DE.PDF Selbstlernplattform von Mallig:

http://www.mallig.eduvinet.de/bio/Repetito/Banaly1.html

Verbindlicher Beschluss der Fachkonferenz: Die Auswertung von humangenetischen Stammbäumen wird im Unterricht an mehreren Beispielen geübt.

Prognosen zur Wahrscheinlichkeit des Auftretens genetisch bedingter Krankheiten werden aufgestellt und als Entscheidungshilfe für einen möglichen Kinderwunsch genutzt.

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Schulinterner Sek-II-Lehrplan des COMENIUS-GYMNASIUMS Datteln - FB Biologie

28/50

Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

(Stammbaum mit/ohne Kopplung, Stammbaum mit crossing-over)

Genetisch bedingte Krankheiten, z.B.

o Mukoviszidose (Cystische Fibrose): autosomal rezessiv

o Muskeldystrophie Duchenne: x-chromosomal rezessiv

o Chorea Huntington: autosomal dominant

recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u. a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverlässigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, K4).

Film (FWU): Chromosomen des Menschen -

Erbkrankheiten und Karyogramm

Welche therapeutischen Ansätze ergeben sich aus der Stamm-zellenforschung?

Gentherapie

Zelltherapie

recherchieren Unterschiede zwischen embryonalen und adulten Stammzellen und präsentieren diese unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (K2, K3). stellen naturwissenschaftlich-gesellschaftliche Positionen zum therapeutischen Einsatz von Stammzellen dar und bewerten Interessen sowie Folgen ethisch (B3, B4).

Recherche zu embryonalen und adulten

Stammzellen und damit verbundenen therapeutischen Ansätzen in unterschiedlichen, von der Lehrkraft ausgewählten Quellen Checkliste: Welche Quelle ist neutral und

welche nicht? Mögliche Checkliste zur Bewertung von

Internetquellen für Schülerinnen und Schüler: http://guentherneumann.de/Handreichungen/Recherche_2.pdf Checkliste: richtiges Zitieren aus

Internetquellen und Fachliteratur Zitiermerkblatt der Universität Bielefeld:

http://www.uni-bielefeld.de/erziehungswissenschaft/app/dokumente/ZitiermerkblattStand10.pdf Dilemma-Methode

Google, Stichworte: Dilemma-Methode im

Unterricht

An dieser Stelle kann auf das korrekte Belegen von Text- und Bildquellen eingegangen werden, auch im Hinblick auf die Facharbeit. Objektive und subjektive, ggf. manipulierende Quellen werden kriterien-geleitet mithilfe von Checklisten reflektiert. Am Beispiel des Themas „Dürfen Embryonen als Forschungsmaterial verwendet werden, um Krankheiten zu heilen?“ kann die Methode einer Dilemma-Diskussion durchgeführt und als Methode reflektiert werden.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Arbeitsblatt zu einer Dilemma-Methode zur

ethischen Urteilsbildung

Stufenmodell ethischer Urteilsbildung nach

Tödt http://www.biosicherheit.de/pdf/schule/kopiervorl_ethik.pdf

Schrittweise Erarbeitung und Hilfen zur eigenen Urteilsbildung auf ethischer Grundlage

Diagnose von Schülerkonzepten und –kompetenzen:

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsvorhabens

Begriffliche Netzwerke

Stop-Motion-Film zur Fehleranalyse

Anfertigen von Pfeifenreiniger- oder Knetgummi-Modellen

Leistungsbewertung:

angekündigte schriftliche Übungen zu Meiose / Karyogrammen / Stammbaumanalyse in Form von einfachen Multiple-Choice-Tests und Feedback-Bögen

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit

Stop-Motion-Film nach vorgegebenen Kriterien

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Unterrichtsvorhaben II

Thema/Kontext: Erforschung der Proteinbiosynthese – Wie steuern Gene die Ausprägung von Merkmalen, welche regulatorischen Proteine und Prozesse kontrollieren die Genexpression und welche Konsequenzen haben Veränderungen der genetischen Strukturen für einen Organismus?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Proteinbiosynthese

Genregulation

Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

E1 selbstständig in unterschiedlichen Kontexten biologische Probleme identifizieren,

analysieren und in Form biologischer Fragestellungen präzisieren.

E3 mit Bezug auf Theorien, Modelle und Gesetzmäßigkeiten Hypothesen generieren

sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten.

E5 Daten und Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf

Zusammenhänge, Regeln oder Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern

E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mit Hilfe von theoretischen Modellen,

mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen.

E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und

in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie entstand und veränderte sich der Genbegriff im Laufe der Zeit?

Historie und Wandel des Genbegriffs

reflektieren und erläutern den Wandel des Genbegriffs (E7).

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 03.09.2015 zugegriffen.

Skript der Universität Hohenheim:

https://typo3-ab-info.uni-hohenheim.de/uploads/media/zus_preiss_genetik_01.pdf

Die Schülerinnen und Schüler stellen wichtige Stationen zum Genbegriff anhand eines Zeitstrahls dar.

Hier sollen nicht alle zugrunde liegenden Experimente erläutert werden.

Wie beeinflussen Gene Reaktionsschritte und welche Folgen ergeben sich daraus?

Genwirkkette

Ein-Gen-Ein-Polypeptid-Hypothese

Wie steuern Gene die Ausprägung von Merkmalen?

Proteinbiosynthese o Transkription o Bedeutung der

Transkriptionsfaktoren o Translation (auch genetischer

Code)

Vergleich der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

vergleichen die molekularbiologischen Abläufe in der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten (UF1, UF3). erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2).

Informationen zur Mukoviszidose:

http://muko.info/ Film (FWU): Chromosomen des Menschen -

Erbkrankheiten und Karyogramm, Sequenz zur Mukoviszidose Arbeitsteilige Gruppenarbeit und

Präsentationen zu weiteren Genwirkketten

concept map zur DNA Schematische Darstellungen der an der

Proteinbiosynthese beteiligten Organellen und Moleküle in einer Zelle unter Berücksichtigung des Vergleichs der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten

Film (FWU): Grundlagen der Genetik

EIBE: Mikroorganismen und Moleküle Materialien und methodische Anleitungen:

http://archiv.ipn.uni-

Am Beispiel der Mukoviszidose können krankhafte Merkmalsausprägungen veranschaulicht werden. Genwirkketten können an den Beispielen Albinismus, Kretinismus (Hypothyreose), Alkaptonurie und Phenylketonurie dargestellt werden.

Der Aufbau und die Funktion der DNA (Einführungsphase, Inhaltsfeld 1: Biologie der Zelle) werden kurz wiederholt. Hinweis: Transkriptionsfaktoren können auch später im Zusammenhang mit der Genregulation bei Eukaryoten thematisiert werden.

Darstellung des Vergleichs in Tabellenform Die animierten Vorgänge der Proteinbiosynthese können von den Schülerinnen und Schülern bei stumm geschaltetem Ton erläutert werden.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

kiel.de/eibe/UNIT01DE.PDF Checkliste: wissenschaftlicher Schreibstil

https://www.hf.uni-koeln.de/data/eso24/File/Reader%20zum%20wissenschaftlichen%20Arbeiten.pdf

An dieser Stelle kann das „Wissenschaftliche Schreiben“ für eine Facharbeit geübt werden.

Wie wurde der genetische Code entschlüsselt?

Genetischer Code o Erforschung (wissenschaftliche

Experimente zur Aufklärung)

o Eigenschaften

erläutern wissenschaftliche Experimente zur Aufklärung der Proteinbiosynthese, generieren Hypothesen auf der Grundlage der Versuchspläne und interpretieren die Versuchsergebnisse (E3, E4, E5).

benennen Fragestellungen und stellen Hypothesen zur Entschlüsselung des genetischen Codes auf und erläutern klassische Experimente zur Entwicklung der Code-Sonne (E1, E3, E4) erläutern Eigenschaften des genetischen

Historische Experimente zur

Entschlüsselung des genetischen Codes: Poly-U-Modellexperiment von NIRENBERG

und MATTHAEI (1961) – Triplettbindungstest zur Zuordnung eines Basentripletts zu einer Aminosäure (UUU – Phenylalanin) http://www.ngfn.de/index.php/von_der_erbinformation_zum_protein.html

Anhand des NIRENBERG-Versuchs kann der Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung mit Hilfe von Leitfragen nachvollzogen werden, z.B.:

Benennen der zugrunde liegenden Forschungsfragen von NIRENBERG und

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2). begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung. (E6, E3)

Materialien zum Thema Co-

Polymere (KHORANA)

MATTHAEI

Entwickeln der entsprechenden Hypothesen

Überprüfen der Hypothesen

Ermittlung der Codierungen mit Hilfe des genetischen Codes

Zusammenfassen der Ergebnisse Anwendung der Code-Sonne und Ermittlung der Eigenschaften des genetischen Codes in Gruppenarbeit

Wie wirken sich Veränderungen im genetischen Code aus?

Mutagene

Onkogene

Auswirkungen und Reparatur von Mutationen

Genwirkketten

erläutern Eigenschaften des genetischen Codes und charakterisieren mit dessen Hilfe Mutationstypen (UF1, UF2).

erklären die Auswirkungen verschiedener Gen-, Chromosom- und Genommutationen auf den Phänotyp (u. a. unter Berücksichtigung von Genwirkketten) (UF1, UF4).

erklären mithilfe eines Modells die Wechselwirkung von Proto-Onko-genen und Tumor-Suppressor-genen auf die Regulation des Zellzyklus und beurteilen die Folgen von Mutationen in diesen Genen (E6, UF1, UF3, UF4).

Arbeitsblatt: Beispiel „Mondscheinkinder“

Material: DNA-Sequenzen, Code-Sonne

http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/impfen-gegen-krebs-ist-krebs-ansteckend/1051409 Informationsmaterial zu DNA-

Reparaturmechanismen und zum Selbstschutz der Zelle

DNA-Sequenzen zu bereits bekannten genetisch bedingten Krankheiten werden im Hinblick auf zugrunde liegende Mutationen und deren Auswirkungen auf den Stoffwechsel analysiert.

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich Kenntnisse zu Modellvorstellungen zur Entstehung von Krebs. Die Initiative „Wissenschaft in die Schulen!“ bietet eine vollständige Unterrichtsreihe zum Thema Krebs für die Mittel- und Oberstufe an. An dieser Stelle kann auch bereits der Begriff „Transkriptionsfaktor“ eingeführt werden. Kritische Reflexion des eigenen Verhaltens im Hinblick auf vermeidbare Mutagene

Wie wird die Bildung von Proteinen bei Prokaryoten reguliert?

erläutern und entwickeln Modellvorstellungen auf der Grundlage von Experimenten zur Aufklärung der

Checkliste für die Auswertung von

Diagrammen

Rückgriff auf den Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung über die Forschungsfrage, Hypothesenbildung

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

- Lac-Operon

- Tryp-Operon

- Bakterien als Modellorganismen o kurze Generationszeit o problemloses Initiieren von

Mutationen o Integration von neuen

Genen o direkte phänotypische

Ausprägung der Veränderung

Wie wird die Bildung von Proteinen bei Eukaryoten reguliert?

Transkriptionsfaktoren

RNA-Interferenz

Genregulation bei Prokaryoten (E2, E5, E6).

begründen die Verwendung bestimmter Modellorganismen (u. a. E. coli) für besondere Fragestellungen genetischer Forschung (E6, E3). erläutern die Bedeutung der Transkriptionsfaktoren für die Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung (UF1, UF4). erklären mit Hilfe von Modellen genregulatorische Vorgänge bei Eukaryoten (E6).

Kurvendiagramme zum Bakterienwachstum

auf Glucose und Lactose und Funktionsmodell zur Genregulation durch Substratinduktion Kurvendiagramm zum Bakterienwachstum

auf Tryptophan zur Genregulation durch Endproduktrepression Rollenspiel und bewegliches Tafelmodell

http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/modellorganismen/43448 YouTube, Stichwort: RNA-Interferenz http://www.charite.de/charite/presse/pressemitteilungen/artikel/detail/neuer_steuerungsmechanismus_der_proteinbiosynthese_entdeckt/

und Ergebnisse Methodenreflexion zu Diagrammformen Die Vorgänge der Genregulation werden mithilfe eines Rollenspiels und eines beweglichen Tafelmodells dargestellt.

Mithilfe des Artikels aus „Spektrum der Wissenschaft“ erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung der Bakterien als Modellorganismen.

Rückgriff auf Fehlregulationen, z. B. p53 und ras. Hinweis: Das Silencer- und Enhancer-Prinzip über Transkriptionsfaktoren werden hier beschrieben. Die Benennung der Transkriptionsfaktoren ist nicht erforderlich. Ggf. kann auf die Forschungsergebnisse der Charité Berlin zu einem neuen Regulationsmechanismus im Ribosom verwiesen werden.

Wie wirkt sich die Umwelt auf die Aktivierung von Genen aus?

erläutern epigenetische Modelle zur Regelung des Zellstoffwechsels und leiten Konsequenzen für den Organismus ab (E6).

Max-Planck-Institut:

http://www.max-wissen.de/public/downloads/Unterrichtsverlauf_BioMax_23

Material zur DNA-Methylierung und Histon-

Das Max-Planck-Institut bietet zum Epigenom zwei Unterrichtsstunden mit Verlaufsplan an.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Epigenetik o DNA-Methylierung o Histon-Acetylierung o RNA-Interferenz

Acetylierung als Beispiele für epigenetische Regulationsmechanismen Beispielorganismen wie Biene

(Königin, Arbeiterin) und Mäuse Artikel zur Epigenetik vom Max-Planck-

Institut: http://www.max-wissen.de/public/downloads/maxheft5540

Diagnose von Schülerkonzepten und -kompetenzen

Vorwissens- und Verknüpfungstest

Kriteriengeleitetes Rollenspiel zur Überprüfung der Kenntnisse zur Substratinduktion und Endproduktrepression

Leistungsbewertung:

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit (siehe: Leitfaden zur Themenvergabe und Bewertungskriterien für Facharbeiten im Fach Biologie).

Multiple-Choice –Test

verschiedene Präsentationsmöglichkeiten (z. B. Stehgreif-Referat, Kurzvorträge, Powerpoint-Präsentation, Prezi etc.), Rollenspiel

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Unterrichtsvorhaben III Thema/ Kontext: Gentechnologie heute – Welche Chancen und welche Risiken bestehen?

Inhaltsfeld 3: Genetik

Inhaltliche Schwerpunkte:

Gentechnologie

Bioethik Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können…

K2 zu biologischen Fragestellungen relevante Informationen und

Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaft-lichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen.

K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung

situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren.

B1 fachliche, wirtschaftlich-politische und moralische Kriterien bei Bewertungen von

biologischen und biotechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben.

B4 begründet die Möglichkeiten und Grenzen biologischer Problemlösungen und

Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten.

Statt der hier aufgeführten übergeordneten Kompetenzen K2, K3 und B4 (vgl. schulinterner

Beispiellehrplan im Lehrplannavigator) können auch schwerpunktmäßig die folgenden übergeordneten Kompetenzen angesteuert werden: K1, E4 und B3.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Wie werden DNA-Sequenzen amplifiziert und geordnet?

PCR

Sequenzierung nach Sanger

Gelelektrophorese

Wie kann die DNA typisiert werden?

Genetischer Fingerabdruck

erläutern molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

erläutern molekulargenetische Verfahren (u. a. PCR, Gelelektrophorese) und ihre Einsatzgebiete (E4, E2, UF1).

Auf die im Folgenden genannten Internetquellen wurde letztmalig am 03.09.2015 zugegriffen.

Präsentation zur PCR und

Gelelektrophorese des deutschen Hygienemuseums Dresden (pdf-Format) Google, Stichworte: Hygienemuseum

Dresden PCR Kurze Flash-Animation zur PCR:

http://www.maxanim.com/genetics/PCR/PCR.htm Arbeitsblatt: Kettenabbruch-Methode

nach Sanger (fakultativer inhaltlicher Aspekt) Lehrervortrag: Von der Kettenabbruch-

Methode zur Hochdurchsatz-Sequenzierung http://www.ngfn.de/index.php/die_entschl__sselung_des_gesamten_meschlichen_genoms.html

advance organizer

Informationstexte zum genetischen

Fingerabdruck

YouTube, Stichworte: genetischer

Fingerabdruck - Täter

Einstieg z. B. über einen Kriminalfall Die Animation kann nach Bearbeitung des Themas von Schülern vertont werden. Die PCR und die DNA-Replikation werden tabellarisch miteinander verglichen.

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

EIBE: DNA-Profilanalyse

http://archiv.ipn.uni-kiel.de/eibe/UNIT02DE.PDF

Wie können Gene identifiziert und ihre Aktivität gemessen werden?

DNA – Chips (engl. DNA-Microarray)

geben die Bedeutung von DNA-Chips und Hochdurchsatz-Sequenzierung an und bewerten Chancen und Risiken (B1, B3).

Dilemma-Methode (nach Tödt)

Landesbildungsserver Baden-Württemberg:

http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/material/zelle/dna1/

Rückgriff auf den Lehrervortrag zur Hochdurchsatzsequenzierung

An einem ausgewählten Beispiel (Chancen und Risiken von DNA-Chips, Chancen und Risiken von transgenen Lebewesen) wird die Dilemmamethode durchgeführt.

Wie kann das Erbgut gezielt verändert werden?

Gentechnik

beschreiben molekulargenetische Werkzeuge und erläutern deren Bedeutung für gentechnische Grundoperationen (UF1).

Lernumgebung: GloFish:

http://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/materialeintrag.php?matId=3402&marker=glofish concept map

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten am Beispiel des rot oder grün leuchtenden Zebrabärblings gentechnische Grundoperationen.

Die Schülerinnen und Schüler erstellen concept maps aus Begriffslisten (s. GloFish).

Wie werden gentechnisch veränderte Organismen hergestellt und welche Bedeutung haben sie für den Menschen?

Herstellung und Einsatz transgener Lebewesen

stellen mithilfe geeigneter Medien die Herstellung transgener Lebewesen dar und diskutieren ihre Verwendung (K1, B3).

beschreiben aktuelle Entwicklungen in der Biotechnologie bis hin zum Aufbau von synthetischen Organismen in ihren Konsequenzen für unterschiedliche Einsatzziele und bewerten sie (B3, B4).

Lernumgebung: GloFish

oder andere gentechnisch veränderte Organismen

Medien nach Ermessen der Schüler/innen

Präsentation der Techniken und anschließende Diskussion

Methodische Hinweise der Bun-

deszentrale für politische Bildung: http://www.bpb.de/lernen/formate/methoden/46892/pro-contra-debatte

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Herstellung ausgewählter transgener Organismen dar. Darauf folgt eine kriteriengeleitete Pro- und Contra-Diskussion über deren Verwendung. Abschließend sollen die Schülerinnen und Schüler zu einer Bewertung gelangen.

Diagnose von Schülerkonzepten und –kompetenzen:

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende der Unterrichtsreihe

concept map

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Mögliche didaktische Leitfragen/ Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenz-erwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler…

Empfohlene Lehrmittel / Materialien / Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

advance organizer

Pro-/Contra-Diskussion

Leistungsbewertung:

Ggf. Klausur

Ggf. Facharbeit

verschiedene Präsentationsmöglichkeiten (z. B. Stehgreif-Referat, Kurzvorträge, Powerpoint-Präsentation, Prezi etc.)

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Qualifikationsphase 2

Inhaltsfeld 6: Evolution

Unterrichtsvorhaben I: Evolution in Aktion – Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel? Unterrichtsvorhaben II: Evolution von Sozialstrukturen – Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens Im LK: Unterichtsvorhaben II: Von der Gruppe zur Multilevel-Selektion- Welche Faktoren beeinflussen die Evolution des Sozialverhaltens Unterrichtsvorhaben III: Spuren der Evolution – Wie kann man Evolution sichtbar machen Unterrichtsvorhaben III bzw. IV: Humanevolution – Wie entstand der heutige Mensch?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Entwicklung der Evolutionstheorie

Grundlagen evolutiver Veränderung

Art und Artbildung

Evolution und Verhalten

Evolution des Menschen

Stammbäume

Basiskonzepte: System Art, Population, Paarungssystem, Genpool, Gen, Allel, ncDNA, mtDNA, Biodiversität Struktur und Funktion

Mutation, Rekombination , Selektion, Gendrift, Isolation, Investment, Homologie Entwicklung

Fitness, Divergenz, Konvergenz, Coevolution, Adaptive Radiation, Artbildung, Phylogenese

Zeitbedarf:

LK: ca. 50 Std. à 45 Minuten (ca. 10 Wochen)

GK: ca. 32 Std. à 45 Minuten (ca. 11 Wochen)

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Unterrichtsvorhaben I: Evolution in Aktion – Welche Faktoren beeinflussen den evolutiven Wandel?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Grundlagen evolutiver Veränderung

Art und Artbildung

Entwicklung der Evolutionstheorie

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzenerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können...

UF1 biologische Phänomene und Sachverhalte beschreiben und erläutern.

UF3 biologische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen, strukturieren und ihre Entscheidung begründen.

E7 naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk – und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen,

K4 sich mit anderen über biologische Sachverhalte kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen

UF2 zur Lösung von biologischen Problemen zielführende Definitionen, Konzepte und Handlungsmöglichkeiten begründet auswählen und anwenden.

UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen

Wissens erschließen und aufzeigen.

K3 Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u. a. Molekularbiologie) adressatengerecht darstellen. .

Zeitbedarf:

LK: ca. 22 Std. à 45 Minuten ( 6 Wochen)

GK: ca. 16 Std. à 45 Minuten6 Wochen)

Kontexte und mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Obligatorische Inhalte

[fakultative Inhalte]

zusätzlich Inhalte im LK

Seiten im Schülerband

Seiten in den Handreichungen

Konkretisierte Kompetenzen LK-Kompetenzen sind kursiv dargestellt)

Die Schülerinnen und Schüler...

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Welche genetischen Grundlagen beeinflussen den evolutiven Wandel?

Genetische Grundlagen des evolutiven Wandels

Grundlagen biologischer Angepasstheit

erläutern das Konzept der Fitness und seine Bedeutung für den Prozess der Evolution unter dem Aspekt der Weitergabe von Allelen (UF1, UF4). erläutern den Einfluss der Evolutionsfaktoren (Mutation, Rekombination, Selektion,

Bausteine für advance organizer http://www.hochschuldidaktik.uzh.ch/hochschuldidaktikaz/A-Z_AdvanceOrganizer.pdf Entwicklung des Evolutionsgedankens (Vergleich Lamarck, Darwin) bzw. verschiedene historische Evolutionstheorien. (Materialien zur genetischen Variabilität

und ihren Ursachen. Beispiel: Hainschnirkelschnecken concept map)

Zusammensetzung eines Advance organizer aus vorgegebenen Bausteinen. An vorgegebenen Materialien zur genetischen Variabilität wird arbeitsgleich gearbeitet. Auswertung als concept map Entwicklung eines Expertengesprächs.

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Population und ihre genetische Struktur.

Gendrift) auf den Genpool der Population (UF4, UF1).). bestimmen und modellieren mithilfe des Hardy-Weinberg-Gesetzes die Allelfrequenzen in Populationen und geben Bedingungen für die Gültigkeit des Gesetzes an (E6).

Lerntempoduett zu abiotischen und

biotischen Selektionsfaktoren (Beispiel: Birkenspanner, Kerguelen-Fliege) (Buch S. 252-254) Gruppengleiches Spiel zur Selektion

(z. B. Marienkäfer) Computerprogramm zur Simualation des Hardy-Weinberg-Gesetzes

Durchführung, Auswertung und Reflexion des Spiels. Erarbeitung des Hardy-Weinberg-Gesetzes und seiner Gültigkeit.

Wie kann es zur Entstehung unterschiedlicher Arten kommen?

Isolationsmechanismen

Artbildung

erklären Modellvorstellungen zu allopatrischen und sympatrischen Artbildungsprozessen an

Beispielen (E6, UF1).

kurze Informationstexte zu

Isolationsmechanismen Karten mit Fachbegriffen

Zeitungsartikel zur sympatrischen

Artbildung Informationen zu Modellen und Modellentwicklung Messdaten (DNA-Sequenzen, Verhaltensbeobachtungen, etc.) und Simulationsexperimente zu Hybridzonen bei Hausmäusen/Rheinfischen

Verteilung eines zoologisches und ein botanisches Beispiel pro Isolationsmechanismus Erstellen einer tabellarischen Übersicht und Entwicklung einer Definition zur allopatrischen Artbildung. Erarbeitung der Unterschiede zwischen sympatrischer und allopatrischer Artbildung

Modellentwicklung zur allopatrischen und sympatrischen Artbildung: Erarbeitung von Unterschieden. Erarbeitung und Entwicklung von Modellen mit anschließender Diskussion zu unterschiedlichen Darstellungsweisen.

Welche Ursachen führen zur großen Artenvielfalt?

Adaptive Radiation

stellen den Vorgang der adaptiven Radiation unter dem Aspekt der Angepasstheit dar (UF2, UF4). Beschreiben Biodiversität auf verschiedenen Systemebenen (genetische Variabilität, Artenvielfalt, Vielfalt der Ökosysteme) (UF4, UF1, UF2,

. Bilder und Texte zum Thema „Adaptive

Radiation der Darwinfinken“ (Ergänzung durch Beuteltiere, bzw. adaptive Radiation der Säugetiere) (bewegliches Tafelbild)

Plakate zur Erstellung eines Fachposters Evaluation

Entwicklung eines Konzeptes zur Entstehung der adaptiven Radiation. Flexible Präsentation der Ergebnisse zum Beispiel an der Tafel Fragenkatalog zur Selbst- und Fremdkontrolle wird selbstständig erstellt Eventuell: selbstständiges Erstellen eines

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UF3) Evaluationsbogens

Welche Ursachen führen zur Coevolution und welche Vorteile ergeben sich?

Coevolution

Selektion und Anpassung

Selektionsvorteile

Präadaption

wählen angemessene Medien zur Darstellung von Beispielen zur Coevolution aus Zoologie und Botanik aus und präsentieren Beispiele (K3, UF2). belegen an Beispielen den aktuellen evolutionären Wandel von Organismen (u.a. mithilfe von Auszügen aus Gendatenbanken) (E2, E5).

Realobjekt: Ameisenpflanze??

Texte und Schemata zur Kosten-

Nutzen-Analyse mediengestützte Präsentationen

Kriterienkatalog zur Beurteilung von

Präsentationen Lerntheke zum Thema „Schutz vor

Beutegreifern“ (Filmanalyse)

Erstellen einer Kosten-Nutzen-Analyse Präsentation verschiedener Bespiele der Coevolution anhand einer selbst gewählten medialen Darstellung Beurteilung von Präsentation mittels eines inhalts- und darstellungsbezogenenem Kriterienkatalogs Erarbeitung des Schutzes vor Beutegreifer unter dem Aspekt des evolutionären Wandels von Organismen anhand unterschiedlicher Beispiele Beutegreifern (Mimikry, Mimese, etc.) Fachbegriffe werden den im Film aufgeführten Beispielen zugeordnet. Einsatz eines Kriterienkatalogs zur Beurteilung von Präsentationen

Was deutet auf verwandtschaftliche Beziehungen von Lebewesen hin?

Belege für die Evolution

konvergente und divergente Entwicklung

stellen Belege für die Evolution aus verschiedenen Bereichen der Biologie (u.a. Molekularbiologie) adressatengerecht dar (K1, K3). analysieren molekulargenetische Daten und deuten diese im

Abbildungen von Beispielen

konvergenter /divergenter Entwicklung und Homologien Homologiekriterien Arbeitsteilige Gruppenarbeit

Entwicklung von Definitionen anhand der Abbildungen Analyse und Präsentation der unterschiedlichen Methoden

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Hinblick auf die Verbreitung von Allelen und Verwandtschaftsbeziehungen von Lebewesen (E5, E6). deuten Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Merkmalen von Organismen zum Beleg konvergenter und divergenter Entwicklungen (E5, UF3).

Texte und Abbildungen zu verschiedenen Untersuchungs-methoden: DNA-DNA-Hybridisierung, Aminosäure- und DNA-Sequenzanalysen, etc.

Wie lassen sich Verwandtschaftsverhältnisse ermitteln und systematisieren?

Homologien

Grundlagen der Systematik

entwickeln und erläutern Hypothesen zu phylogenetischen Stammbäumen auf der Basis von Daten zu anatomisch-morphologischen und molekularen Homologien (E3, E5, K1, K4). beschreiben die Einordnung von Lebewesen mithilfe der Systematik und der binären Nomenklatur (UF1, UF4). erstellen und analysieren Stammbäume anhand von Daten zur Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen der Arten (E3, E5).

Daten und Abbildungen zu

morphologischen Merkmalen der Wirbeltiere und der Unterschiede Formen biologischer Ähnlichkeit (Homologien im Bau der Lebewesen, In Entwicklung und Verhalten, molekularbiologische Homologien) Ergebnisse/Daten von

molekulargenetischer Analysen Bilder und Texte zu Apomorphien und

Plesiomorphien und zur Nomenklatur Lernplakat mit Stammbaumentwurf

Museumsrundgang (Vögel als Nachfahren der Dinosaurier)

Auswertung von Daten und Erstellen von Stammbäumen Diskussion von Ergebnissen.

Evolutionstheorien im Wandel der Zeit

Entwicklung des Evolutionsgedankens Zeitbedarf: LK ca. 2 Std.

recherchieren Informationen zu humangenetischen Fragestellungen (u.a. genetisch bedingten Krankheiten), schätzen die Relevanz und Zuverlässigkeit der Informationen ein und fassen die Ergebnisse strukturiert zusammen (K2, K1, K3, K4).

nur LK: E7: naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen im Weltbild und in Denk-und Arbeits-weisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen.

u. a. Linné, Cuvier, Lamarck, Darwin

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Wie lassen sich die evolutiven Mechanismen in einer Theorie zusammenfassen?

Synthetische Evolutionstheorie

stellen die Synthetische Evolutionstheorie zusammenfassend dar (UF2, UF4).

Informationstext Buch S.260

Strukturlegetechnik zur synthetischen

Evolutionstheorie

Kritische Analyse der Faktoren, die zur Entwicklung der Evolutionstheorie führten, mithilfe einer Textsammlung aus Schulbüchern Erarbeitung einer vollständigen Definition der Synthetischen Evolutionstheorie.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

KLP-Überprüfungsform: „Darstellungsaufgabe“ (concept map, advance organizer), Erstellen eines Fragenkatalogs zur Fremd- und Selbstkontrolle

KLP-Überprüfungsform: „Beobachtungsaufgabe (Podiumsdiskussion) (nur LK) Leistungsbewertung:

KLP-Überprüfungsform: „Beurteilungsaufgabe“

ggf. Klausur

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Qualifikationsphase 2 2. Halbjahr

Inhaltsfeld IV: Neurobiologie

Unterrichtsvorhaben I: Lernen und Gedächtnis – Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?

Unterrichtsvorhaben II: Molekulare und zellbiologische Grundlagen der Informationsverarbeitung und Wahrnehmung – Wie wird aus einer durch einen Reiz ausgelösten Erregung eine Wahrnehmung?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Aufbau und Funktion von Neuronen

Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung

Plastizität und Lernen

Basiskonzepte:

System: Neuron, Membran, Ionenkanal, Synapse, Gehirn, Rezeptor

Struktur und Funktion: Neuron, Natrium-Kalium-Pumpe, Potentiale, Amplituden- und Frequenzmodulation, Synapse, Neurotransmitter, Hormon, second messenger, Sympathicus Parasympathicus

Entwicklung: Neuronale Plastizität

Zeitbedarf:

LK: ca. XStd. à 45 Minuten

GK: ca. XStd. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben V: Thema/Kontext: Lernen und Gedächtnis - Wie muss ich mich verhalten, um Abiturstoff am besten zu lernen und zu behalten?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Plastizität und Lernen

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

K1 bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen

und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden,

UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen, natürlichen und durch menschliches

Handeln hervorgerufenen Vorgängen auf der Grundlage eines vernetzten biologischen Wissens erschließen und aufzeigen.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

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Wie funktioniert unser Gedächtnis?

Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem

Bau des Gehirns

Hirnfunktionen Was passiert, wenn eine Information aus dem Kurzzeit- ins Langzeitgedächtnis überführt wird?

Neuronale Plastizität

stellen aktuelle Modellvorstellungen zum Gedächtnis auf anatomisch-physiologischer Ebene dar (K3, B1). erklären die Bedeutung der Plastizität des Gehirns für ein lebenslanges Lernen ab (UF4).

Lernumgebung zum Thema „Gedächtnis

und Lernen“ Diese enthält:

Informationsblätter zu

Mehrspeichermodellen: a) Atkinson & Shiffrin (1971) b) Brandt (1997) c) Pritzel, Brand, Markowitsch (2003)

Internetquelle zur weiterführenden Recherche für SuS: http://paedpsych.jk.uni-linz.ac.at/internet/arbeitsblaetterord/LERNTECHNIKORD/Gedaechtnis.html

gestufte Hilfen mit Leitfragen zum

Modellvergleich Informationstexte zu

a) Mechanismen der neuronalen Plastizität

b) neuronalen Plastizität in der Jugend und im Alter

An dieser Stelle kann sehr gut ein Lernprodukt in Form einer Wikipedia-Seite zum effizienten Lernen erstellt werden. Vorschlag: Herausgearbeitet werden soll der Einfluss von:

Stress

Schlaf bzw. Ruhephasen

Versprachlichung

Wiederholung von Inhalten

Gemeinsamkeiten der Modelle (z.B. Grundprinzip: Enkodierung – Speicherung – Abruf) und Unterschiede (Rolle und Speicherung im Kurz- und Langzeitgedächtnis) werden herausgestellt. Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden herausgearbeitet. Im Vordergrund stehen die Herausarbeitung und Visualisierung des Begriffs „Neuronale Plastizität“: (Umbau-, Wachstums-, Verzweigungs- und Aktivitätsmuster von Nervenzellen im Gehirn mit besonderem Schwerpunkt auf das Wachstum der Großhirnrinde) Möglichkeiten und Grenzen der Modelle werden einander gegenübergestellt.

Wie beeinflusst Stress unser Lernen?

Einfluss von Stress auf das Lernen und das menschliche Gedächtnis

Cortisol-Stoffwechsel

Ggf. Exkursion an eine Universität

(Neurobiologische Abteilung) oder entsprechendes Datenmaterial

Informationstext zum Cortisol-Stoffwechsel

(CRH, ACTH, Cortisol) Kriterien zur Erstellung von Merkblättern der

SuS

Die Messungen von Augenbewegungen und Gedächtnisleistungen in Ruhe und bei Störungen werden ausgewertet. (Idealerweise authentische Messungen bei einzelnen SuS) Konsequenzen für die Gestaltung einer geeigneten Lernumgebung werden auf Basis der Datenlage abgeleitet. Sie könnten z.B. in Form eines Merkblatts zusammengestellt werden.

Welche Erklärungsansätze gibt es zur ursächlichen Erklärung von Morbus Alzheimer und welche Therapie-Ansätze und Grenzen gibt es? Degenerative Erkrankungen des Gehirns

recherchieren und präsentieren aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse zu einer degenerativen Erkrankung (K2, K3).

Recherche in digitalen und analogen

Medien, die von den SuS selbst gewählt werden. formale Kriterien zur Erstellung eines Flyers

Informationen und Abbildungen werden recherchiert. An dieser Stelle bietet es sich an, ein Lernprodukt in Form eines Informationsflyers zu erstellen. Präsentationen werden inhalts- und

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Beobachtungsbögen

Reflexionsgespräch

darstellungsbezogen beobachtet und reflektiert.

Diagnose von Schülerkompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstests –

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

KLP-Überprüfungsform:

Leistungsbewertung:

angekündigte Kurztests

ggf. Klausur

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Unterrichtsvorhabe V:

Fototransduktion - Wie entsteht aus der Erregung einfallender Lichtreize ein Sinneseindruck im Gehirn?

Inhaltliche Schwerpunkte:

Leistungen der Netzhaut

Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung (Teil 2)

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

Die Schülerinnen und Schüler können …

E6 Anschauungsmodelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen,

mathematischen Modellierungen und Simulationen biologische sowie biotechnische Prozesse erklären oder vorhersagen,

K3 biologische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung

situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren.

Mögliche didaktische Leitfragen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler …

Empfohlene Lehrmittel/ Materialien/ Methoden

Didaktisch-methodische Anmerkungen und Empfehlungen sowie Darstellung der verbindlichen Absprachen der Fachkonferenz

Menschliches Auge und Netzhaut

Adaption - Anpassung der Lichtempfindlichkeit

Funktion der Netzhaut

stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers

und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1)

Fototransduktion - Signaltransduktion stellen die Veränderung der Membranspannung an Lichtsinneszellen anhand von Modellen dar und beschreiben die Bedeutung des second messengers und der Reaktionskaskade bei der Fototransduktion (E6, E1)

Farben entstehen im Kopf

Wahrnehmung

erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und

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Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4)

Kontraste verbessern die Wahrnehmung erläutern den Aufbau und die Funktion der Netzhaut unter den Aspekten der Farb- und Kontrastwahrnehmung (UF3, UF4

Vom Reiz zum Sinneseindruck stellen den Vorgang von der durch einen Reiz ausgelösten Erregung von Sinneszellen bis zur Entstehung des Sinneseindrucks bzw. der Wahrnehmung im Gehirn unter Verwendung fachspezifischer Darstellungsformen in Grundzügen dar (K1, K3)

Diagnose von Schülerkompetenzen:

Vorwissens- und Verknüpfungstests –

Selbstevaluationsbogen mit Ich-Kompetenzen am Ende des Unterrichtsvorhabens

KLP-Überprüfungsform:

Leistungsbewertung:

angekündigte Kurztests

ggf. Klausur